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水合物浆液流动与流变特性研究进展

2015-07-25闫柯乐邹兵姜素霞张红星尚祖政王倩

化工进展 2015年7期
关键词:分率水合物管路

闫柯乐,邹兵,姜素霞,张红星,尚祖政,王倩

(1 中国石化青岛安全工程研究院,山东 青岛 266071;2 化学品安全控制国家重点实验室,山东 青岛 266071; 3 河南佰利联化学股份有限公司,河南 焦作 454150)

气体水合物是一种特殊的笼型水合物,与冰晶结构相似,是由水分子(主体分子)与CH4、C2H6、C3H8、CO2等气体分子(客体分子)在低温高压下形成的非化学计量性固态晶体物质,通常称为可燃冰,常见结构有三类:I 型、II 型和H 型[1]。目前水合物技术已应用于油气储运[2-4]、气体混合物分 离[5-8]、海水淡化[9-10]及CO2海底封存[9]等领域。

然而尽管水合物的研究在近几十年取得了瞩目的成就,然而对如何防治油气生产和运输管道内水合物造成的堵塞问题却迟迟得不到很好解决,特别对于海上油气混输领域,随着水深的增加,水合物堵塞问题尤为突出。传统的注入热力学抑制剂(甲醇、乙二醇等)方法,可改变体系水合物生成的热力学条件,从而避免输送过程形成水合物,但其存在着加注量大、成本费用高以及易造成环境污染等问题。新型低剂量水合物抑制剂因其用量小、环境友好等特点逐渐受到油气界关注,其主要包括两类:动力学抑制剂(kinetic inhibitor,简称KI)和水合物阻聚剂(anti-agglomerant,简称AA)[11-12]。与热力学抑制剂作用机理不同,动力学抑制剂不改变水合物生成的热力学条件,但可有效延缓或抑制水合物成核和生长速率,从而在输送过程中不发生堵塞,但其抑制效果常受体系过冷度影响;水合物阻聚剂同样不改变水合物形成的热力学平衡条件,允许水合物形成,但控制水合物颗粒大小,以小颗粒形式均匀分散于油相中,而不发生聚积。实际上,在多相混输过程中,通过控制水合物的生长和聚积过程,使其呈均匀浆液安全输送,在解决水合物堵塞的同时,又提高了管道的输气量。而对水合物浆液流动和流变特性的系统研究是实现水合物浆液安全流动的重中之重,因此该项研究不仅对油-气-水多相流动安全保障技术的发展意义重大,而且对水合物浆液技术在其他领域的应用(空调制冷剂开发等)同样具有重要的指导意义。

1 常用研究装置

1.1 高压流变仪测量装置

Webb 等[13-14]借助于由高压流变仪组装的实验装置,系统考察了油水乳液内甲烷水合物的原位形成和流变特性。该装置主要由水合物浆液生成釜、高压计量泵和高压流变仪组成。

1.2 高压黏度计及其他测量装置

利用美国RUSKA 高压落球式黏度计,赵建奎等[15]测定了合成天然气在柴油和凝析油体系中形成的水合物浆液黏度。

Moradpour 等[16]设计搭建了一套变体积高压釜黏度测量装置,通过转速、电流和电压变化来计算体系内水合物浆液的黏度,进而研究了高含水率条件下乳液-水合物体系的流变特性。

以上几类实验装置结构简单,容易操作,但由于其几何尺寸、流场分布及研究方法等与实际水合物浆液流动情况存在较大差别,不能描述水合物浆液真实的流动和流变特性,因此目前国内外的研究人员大都采用水合物循环管路来进行研究。

1.3 水合物循环管路

1987 年,挪威科技研究院的Aalvik[17]设计搭建了第一套模拟水合物循环管路;接着Exxon 公司Reed 等[18]设计搭建了一套近中试规模的水合物循环管路,该环路管材为 316L 不锈钢,内径为97.18mm,管长 83.82m,可承受的最高压力为12.41MPa,管路适用的温度范围为 278.48 ~310.93K,并利用该环路对(凝析油+混合气+盐水)体系以及含水合物抑制剂的油水体系进行了相关 研究。

Delahaye 等[19-21]采用一套小型水合物循环管路,考察了CO2和过氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB)水合物浆液的流变特性。该环路材质为316L 不锈钢,总体积为0.297L,管内径为8mm,外径为10mm。环路上配有7 个热电偶和两个压力表,用于在线监测体系温度和压力变化情况。

Fidel-Dufour 等[22]采用水合物循环管路系统考察了水合物结晶过程中甲烷水合物浆液的流变性。同样,Kumano 等[23-26]通过设计搭建水合物循环管路的方式对四丁基溴化铵(TBAB)水合物浆液的流动和传热特性进行系统研究。

国内关于水合物浆液流动和流变特性研究较早的为中国石油大学(北京)孙长宇教授课题组[27-32],他们设计搭建了国内首套水合物循环管路。该环路实物图和示意图如图1 所示,主要由一段20m 长的U 形套管组成,内径为25.4mm,可承受最大操作压力为10.0MPa;外侧套管走冷却介质。在环路不同位置安装有5 个高精度的温度传感器,在混合釜上安装有压力传感器,用于测量环路中温度和压力变化。通过电容式压差传感器测量环路进出口压差变化;采用化工离心泵来循环输送管内流体,最大流量可达6300L/h;在离心泵出口安装有金属管浮子流量计,用于测量环路流量变化。在环路中部安装有相应的可视窗观察口。采用同一装置,黄强等[28]测定了[柴油+水+甲烷+四氢呋喃(THF)]体系在不同油水体积比时水合物浆液的流体力学;Peng等[29]考察了含水合物阻聚剂的(柴油/凝析油+水+天然气)体系中水合物浆液的流动特性和宏观形态;Yan 等[30]系统研究了不同水合物体积分率浆液的流动特性和流变特性,并建立水合物浆液流体力学 模型。

图1 中国石油大学(北京)模拟水合物循环管路示意图[29]

华南理工大学樊拴狮教授课题组[33-34]设计搭建了一套与孙长宇教授课题组相似的水合物循环管路。该环路管长30m,管径为42mm,但可承受的实验压力不超过1.5MPa。利用该装置,Wang 等[33-34]对THF 和二氯一氟乙烷(CH3CCl2F)水合物浆液的流动特性进行实验研究。

2 水合物浆液宏观形态演化

水合物浆液在形成过程中宏观形态会发生明显变化,特别对于油-气-水多相混输体系,由水合物成核开始直到最后形成稳定水合物浆液或发生堵塞过程中,体系内宏观形态变化尤为明显。因此对水合物浆液宏观形态的研究有助于理解水合物的生成、颗粒聚集及沉积堵塞机理,对多相流动安全保障技术的发展具有重要的指导意义。

Wang 等[33]详细研究了管道内THF 水合物浆液的流动特征,并拍摄了水合物在形成过程中宏观形态变化(图2)。当体系温度降至277.2K 时开始采集数据,2h 后体系内出现水合物颗粒,尽管水合物颗粒密度比水相小,但在流动剪切情况下,水合物颗粒和水相的混合物在管道内均匀流动;实验进行13h 后,体系内水合物浆液宏观形态开始由浆态向泥态逐步转变;随着水合物的持续形成,水合物颗粒开始聚集,体系内浆液呈黏稠泥浆态流动,环路流率逐步降低;当体系内水合物体系分率达68%时,管路完全堵塞。在对CH3CCl2F 水合物浆液流动特性研究过程中,Wang 等[34]发现了相似的宏观形态演化。

Clain 等[21]在研究TBPB 水合物浆液的流变特性时,透过环路中的可视窗观测并拍摄到了水合物浆液在形成前后的宏观形态。随着水合物颗粒的出现,体系开始由透明液相逐步转化为牛奶状水合物浆液。

以上为基于水相中水合物浆液形成过程中宏观形态变化情况,而实际发生水合物堵塞的情况通常发生在油-气-水多相混输过程中,因此,考察实际天然气水合物浆液宏观形态演化的意义更大。

在多相混输体系中,Austvik 等[35]认为原油中天然气水合物浆液在形成过程中宏观形态主要经历以下5 个过程:①浆态水合物;②浆态至泥态的过渡态水合物;③泥态水合物;④泥态至粉态的过渡态水合物;⑤粉态水合物。

Lund[36]对以上5种水合物宏观形态演化进行了分析,在多相流动过程中,水合物最初在油/水界面处形成,从而改变了油水界面性质,导致一些小水滴聚集成较大团状水滴,这个过程可使管道部分区域的流动状态由湍流向层流转变,但此阶段流体的流动形态呈液态而非固态;随着更多水合物形成,水合物颗粒间开始黏附聚集,这个阶段的流动形态在宏观表现为过渡态(由浆态向泥浆状转变);泥浆状水合物在流动形态上更像湿雪状,在管道内通常以接近于管径尺寸的片状/块状水合物进行流动,此阶段将造成很大的流动阻力;另外,管壁处水合物颗粒的聚集和碰撞将形成球状水合物颗粒,整个体系将逐渐向粉状水合物浆液转变;粉状水合物的流动形态像粉末状固-液分散体系,更适于管道输送,流动阻力较小。

图2 THF 水合物浆液宏观形态演化[33]

但以上关于天然气水合物宏观形态演化的分析大都仅基于理论分析,而无真正观测到管路内实际的水合物宏观形态演化。借助于带可视窗口的水合物循环管路, Chen 等[37]系统考察了含不同水合物抑制剂体系水合物浆液的宏观形态演化。图3 为未加入任何水合物抑制剂时,10%含水率的油水体系在形成水合物浆液过程中的宏观形态演化。Chen 等[37]认为:如图3(a)所示,水合物形成前,在流动剪切情况下,油水发生严重乳化,从而为水合物形成提供了大量界面区域;如图3(b)所示,随着水合物的形成,水合物初始在水滴表面或气泡形成水合物壳层,在流动剪切情况下,壳层发生破裂后重新 聚积,从而造成更多的水滴或油滴被水合物壳层包裹,此时形成了一种水合物网状结构,网孔内为水滴或油滴,在宏观形态上呈现凝胶状;如图3(c)所示,随着水合物的持续生成,水合物网状结构内水滴逐渐转化为水合物,而网孔内油滴逐渐被挤压出,导致凝胶状的水合物浆液逐渐变为膏状,并开始在管壁上沉积;如图3(d)所示,管壁处沉积的水合物逐渐增厚,直至最后发生堵塞。

图3 10%含水率油水体系水合物浆液宏观形态演化[37]

最后Chen 等[37]考察了在热力学抑制剂或动力学抑制剂存在条件下水合物浆液宏观形态演化情况。水合物在整个体系的形态变化与未加抑制剂情况一样,也经历了网状软水合物的形成、收缩、沉积与着床等过程,但在抑制剂存在下,水合物的沉积过程较为缓慢,对应发生水合物堵塞的时间较长。

近期,Yan 等[30]系统研究了含水合物阻聚剂水合物浆液的流动特性和流变性,并拍摄了不同水合物体积分率条件下水合物浆液的宏观形态,实验结果表明,在水合物形成前,体系呈油水乳液流动,在水合物形成初始阶段,水合物颗粒形成量随着初始含水率的增加而增加。尽管水合物密度比油相密度大,但在流动剪切情况下,水合物颗粒均匀分散在油相中,整体呈浆态稳定流动,实验过程中无出现水合物颗粒的聚积。关闭离心泵后,由于水合物相和油相间的密度差,水合物颗粒逐渐沉降在管底,此时环路内上层为透明油相,下层为白色水合物相,由此表明,随着水合物的形成,体系初始的油水乳液结构遭破坏,而此时体系为固(水合物)-液(油相)分散体系。重启离心泵后,水合物颗粒重新分散于油相中,体系呈浆态稳定流动。该项研究与 Peng 等[29]拍摄到的水合物浆液宏观形态 相似。

从现有研究结果可知,水合物宏观形态演化受客体分子、连续流动相及体系内表面活性剂等影响。①水相中形成的水合物浆液(THF、CH3CCl2F 或TBPB 等)宏观形态相似,水合物形成前,体系以水溶液形式稳定流动;在水合物形成前期,由于流动连续相为水相,水合物颗粒受不同方向水分子引力相当,可稳定悬浮于水相中,而不会直接发生水合物颗粒聚集;直至体系内大量形成水合物颗粒时,才可能发生颗粒间的聚集堵塞。因此,在水相中发生堵塞时体系内水合物体积分率往往较高;而油水体系内形成的天然气水合物浆液则不同,由于体系内油相的存在,未加入任何表面活性剂时,水合物形成前期就极易发生颗粒间聚积现象,因此在较低水合物体积分率条件下就发生堵塞。②堵塞时体系宏观形态不同。油气体系发生堵塞的主要原因为天然气水合物颗粒在管壁处沉积导致流动通径变小造成,而水相中发生堵塞时也极少出现水合物颗粒在管壁上的沉积,最终体系呈乳白色黏稠泥浆状。③含水合物阻聚剂的天然气水合物浆液宏观形态演化更不同,在表面活性剂作用下,水合物呈均匀小颗粒形式分散于油相中,而不发生相互聚积,最终呈均匀浆态流动。另外,由于目前用于研究水合物浆液宏观形态的装置大都为仅带可视窗口的流动环路,因此对水合物在管道内实际沉积分布的相关研究相对较少。

3 流率/压阻等其他流动参数变化 规律

在多相混输过程中,流动参数(比如流率、压阻等)的变化规律十分关键,特别对于有水合物存在的体系中,对体系流率和压阻等其他流动参数变化规律的系统研究对理解水合物浆液流动特性具有重要意义。

Wang 等[34]研究了水合物体积分率在10%~70%时CH3CCl2F 水合物浆液的流动特性,实验结果表明,当水合物体积分率达到30%~40%时,管路中压阻开始出现明显的变化,因此,可将该体积分率区间作为判断流动是否安全的标准;在实验范围内水合物浆液的Fanning 系数处在0.38~0.5。

随后,Wang 等[33]又研究了THF 水合物浆液的流动特性,实验结果表明:①在水合物形成过程中仍可明显地观察到浆态和泥浆状水合物的转变;②存在临界水合物体积分率(50.6%),当体系水合物体积分率大于该临界值时将发生结块堵塞;③当管路流动速率达到1.5m/s 时,体系处于湍流状态,且此时的Fanning 系数接近常数。

Kumano 等[26]研究了TBAB 水合物浆液在管道内的流动和传热特征,实验结果表明,在层流区,管路的摩擦系数随着体系内水合物体积分率的增加而增加,并在低雷诺数区更为敏感;而在湍流区,管路的摩擦系数在低含水合物体积分率时近似为1,当水合物体积分率达某一值时摩擦系数稍微降低,而后随着水合物体积分率的增加再次增大。

巫术胜等[38]利用水平水合物管路研究了TBAB水合物浆液的摩擦阻力特性。实验结果表明,在湍流区域,阻力系数同体系雷诺数的关系受水合物体积分率的影响很小,并根据湍流段实验数据拟合得到关联式(1)。

王武昌等[39]采用水合物循环管路研究了THF水合物浆液在水合物体积分率为0~65.2%条件下的流动特性,结果表明,形成THF 水合物颗粒后,体系压阻随着流率的增加而增加;体系中存在临界水合物体积分率,当管道内水合物体积分率小于该值时,压阻随水合物体积分率增加呈现微小波动,而当水合物体积分率大于该值后,体系压阻剧烈增加,并最终发生堵塞,通过实验确定了在流率在0.5~3.5m/s,该临界值为39.4%~50.4%。

Sinquin 等[40]研究了天然气水合物颗粒对流动摩擦系数修正的影响,实验结果表明,在层流区,浆液相对黏度随水合物体积分率的增加而增加;在湍流区,摩擦系数随含水率的增加而增大;并提出在雷诺数(Re)小于2000~3000 时,摩擦系数f应采用Nikuradse 关联式计算,如式(2)。

式中,D 为管道直径;ε 为管壁粗糙度。

当雷诺数(Re)大于3000~10000 时,摩擦系数f 应采用Wood-Colebrook 定律计算,如式(3)。

Joshi 等[41]研究了高含水率条件下甲烷水合物形成过程,并考察了流率和液量对水合物堵塞的影响,实验结果表明:在水合物堵塞物形成过程中存在临界水合物体积分率(Vtransition),在达到该临界体积分率之前,体系的压阻没有出现明显增加,而当达到该值后,体系压阻急剧增加,并出现明显的水合物聚积现象。另外,实验还发现,Vtransition与体系液量和盐浓度无关,但随着体系流率的增加而增加,并得到了式(4)的经验关联式。

Chen 等[37]针对(柴油+水+天然气)体系在加入或不加入水合物抑制剂情况下,对水合物在堵塞过程中流率和压阻变化规律进行了系统研究,结果表明,在低含水率条件下(≤20%),水合物形成时体系伴随着剧烈波动,流率逐渐下降至0,而压阻剧烈增加;而在较高含水率条件下(80%),水合物初始形成时体系压阻反而先逐渐下降,而后开始剧烈增加,当水合物体积分率小于5%时,即使经过8h 的停输,重启时也不会发生堵塞,但当水合物体积分率达到10%左右时,就会存在堵塞风险。

姚海元等[42]利用水合物循环管路,考察了含水合物阻聚剂的(凝析油+水+天然气)体系中水合物浆液的压阻变化规律。测试的初始含水率范围为5%~30%,从而得到了不同含水率体积分率的浆液的流动压阻参数变化规律。

Yan 等[30]利用水合物循环管路,在水合物浆液流动参数变化规律方面取得了较大进展,他们系统考察了在水合物阻聚剂存在条件下,不同初始含水率的水合物浆液的流动和流变特性。如图4 所示(5%含水率为例),天然气注入后约30min,环路内即形成水合物,随着水合物的形成,体系流量开始下降,而后逐渐趋于稳定;体系压阻随着水合物形成,开始突然增加,而后逐渐下降并趋于稳定。体系流量和压阻的突变可归结为:固相水合物的形成改变了环路内流体的流动和流变特征。另外,因为水合物形成过程为放热反应,因此随着水合物的形成,体系温度开始升高并持续增至最高值,不同含水率条件下(5%~30%)的最高温度分别为:276.5K、276.8K、277.0K、277.5K、277.8K 和278.2K,而后随着水合物形成速率减缓和水合物浆液与冷媒介质间的对流传热,体系温度逐渐下降并趋于实验温度(274.2K)。最后Yan 等[30]又测试了不同停泵时间条件下水合物浆液的流变特性,停泵时间分别为2h、4h 和8h,实验结果表明,水合物浆液表现出明显的触变性流体的特征,并通过水合物颗粒微观结构来进行解释。

图4 5%含水率体系流率和压阻变化情况[30]

综上所述,不管是水相中形成的水合物浆液(THF、季铵盐类或CH3CCl2F 等),还是油水体系内(未加入水合物阻聚剂)形成的天然气水合物浆液,在发生水合物沉积堵塞前,体系内均存在较明显的临界水合物体积分率,该临界值受体系流率影响较大;当管道内水合物体积分率小于该临界值时,体系压阻/流率变化不明显,但当超过该临界值时,伴随着剧烈波动,体系压阻剧烈增加,而流量开始减小,直至发生堵塞。然而,对含水合物阻聚剂的油水体系,随着水合物形成,体系流率和压阻变化平缓,且很快重新达到稳定,不存在所谓的临界水合物体积分率,水合物浆液形成稳定后,经长时间的停输后仍能顺利重启。因此,含表面活性剂的天然气水合物浆液具有更广泛的应用前景。

4 水合物浆液流变特性

Darbouret 等[43]研究了TBAB 水合物浆液的流变性,实验结果表明,TBAB 水合物浆液可以看做宾汉姆型流体。Xiao 等[44]将TBAB 水合物浆液按照幂律流体进行处理发现,水合物体积分率和TBAB浓度对流动过程中摩擦阻力影响不大。Ma 等[45]在两套不同管径的环道中考察了TBAB 水合物浆液的流变性,实验结果表明,TBAB 水合物浆液在层流区表现出剪切变稀特性(假塑性流体),而在湍流区表现剪切变稠特性(胀流型流体)。

Clain 等[21]研究了TBPB 水合物浆液在体积分率为0~28.2%的流变特性,通过实验发现,TBPB水合物浆液为非牛顿型流体,具有明显的剪切变稀特性,另外,将水合物体积分率(sφ )与浆液的表观黏度(appμ )相关联,得到了如式(5)的经验关联式,并将模型计算值与实验值进行了对比分析。

Delahaye等[20]系统考察了CO2水合物体积分率在4%~20%浆液的流变性,基于经典的Herschel- Bulkley(HB)流变力学模型,将流变指数(n)、屈服应力(wτ )及稠度系(k)与水合物体积分率(sφ )相关联。随后,Delahaye 等[19]又考察了在添加剂存在条件下水合物浆液的流变特征。通过实验发现,在添加剂存在条件下,CO2水合物浆液可被作为牛顿型流体(流变指数为1),基于HB 模型,得到式(6)的经验关联式,并将该条件下得到的水合物浆液流变模型与未加入添加剂时水合物浆液的情况进行了对比分析。

鉴于众多关于水相中形成水合物浆液流变特性研究,因此对其进行了汇总,如表1 所示。

Fidel-Dufour 等[22]研究了在甲烷水合物的结晶和流变特性,测定了不同含水率中水合物的动态黏度及水合物的转化率,结果表明,在水合物结晶和聚集过程中,水合物浆液黏度随有效体积分率和多孔聚合物的增加而增加,当水全部结晶后,聚集停止,黏度不发生改变。

Peng 等[29]研究了在水合物阻聚剂存在条件下水合物浆液的流变特性,实验结果表明,在研究的水合物体积分率范围内,水合物浆液表现出明显的剪切变稀特性,可被作为假塑性流体。

Yan 等[30]系统考察了研究了不同水合物体积分率条件下浆液的流变特性,基于HB 流变方程,建立了水合物浆液流变模型,如式(7)所示,结果表明,水合物浆液为假塑性流体,其剪切变稀特性随体系内水合物体积分率的增加而愈加明显,最后,将模型预测值与实验值进行了对比分析,如图5 所示。

Moradpour 等[16]系统研究了含水合物的多相混输体系的表观黏度,将油-水-水合物浆液体系看作两个独立体系,分别为油水乳液体系和固液(固相为水合物)分散体系。而对每个单独的分散体系,则仍采用单峰模型进行描述,最后得到混合体系的双峰模型,如式(8)。

表1 不同水合物浆液的流变性汇总表

图5 不同水合物体积分率的浆液表观黏度与 剪切速率的关系[30]

式中,OWHμ 、HCμ 、Eμ 、Cμ 分别为油-水-水合物混相体系、水合物悬浮体系、油水乳液体系和连续相体系的黏度。

Webb 等[14]考察了油水乳液内甲烷水合物的原位形成和流变特性,测量了水合物在形成、生长、聚集和分解过程中体系的黏度变化,研究了水合物浆液流变特性随实验时间、剪切力、含水率和温度的变化规律。实验结果表明,水合物浆液黏度随水合物的形成呈现先剧烈增加而后逐渐降低并趋于稳定的趋势;随着体系含水率的增加,浆液的黏度和屈服应力逐渐增加;随着剪切速率的增加,浆液黏度逐渐变小,呈现剪切变稀的流变特性。

综上所述,关于水合物浆液流变特性研究较多,但相关实验大都基于流动环路中的宏观流动实验,实验装置对研究结果影响较大,缺乏微观本质机理方面的深入研究,因此,在水相中形成的水合物浆液流变性研究过程中出现较大偏差,甚至出现同一实验体系在不同装置中得到不同结果的情况[44-45],而天然气水合物浆液流变性研究则相对统一,浆液表现出假塑性流体特征,呈现剪切变稀的流变特性。另外,对比可知,由于体系中油相的存在,在相同水合物体积分率和剪切速率条件下,与水相中形成的水合物浆液相比,天然气水合物浆液的表观黏度稍小。

5 结语与建议

由于水合物形成过程中会产生气相、水相、液烃相以及水合物相等多相,在流动扰动情况下,各相间发生相互作用,会对水合物浆液流动和流变特性产生严重影响。因此,国内外对该领域的研究仍处于初级阶段,以后的研究重点应从以下几个方面进行展开。

(1)目前用于研究水合物浆液流动规律及宏观形态演化的装置,大多仅为带可视窗的流动循环管路,而对水合物在管路内实际的形成、分布及沉积过程研究,采用该类型装置则具有较大局限性,因此,搭建全透明的循环管路对水合物浆液形成机理的深入研究具有重要意义。

(2)关于水合物浆液流动和流变特性研究大都集中于宏观流动实验,同一实验体系在不同实验装置中可能得到不同的实验结论,研究缺乏严格的理论依据,因此,以后的实验研究应注重水合物浆液微观流动和流变机理方面研究,并与实际实验结果进行对比分析。

(3)影响水合物浆液流变特性的因素很多,目前研究大都只考虑了水合物体积分率、剪切速率等因素的影响,而关于其他因素(水合物颗粒尺寸分布等)对流变性影响则较少,因此,以后关于水合物流变性研究应从更多方面来进行综合考察。

[1] Sloan E D,Koh C A. Clathrate Hydrates of Natural Gases[M]. Third Edition. New York:CRC Press,2008.

[2] Wang W X,Christopher L B,Dave J A,et al. Methane storage in dry water gas hydrate[J]. J. Am. Chem. Soc.,2008,130(35):11608-11609.

[3] Pang W X,Chen G J,Dandekar A,et al. Experimental study on the scale-up effect of gas storage in the form of hydrate in a quiescent reactor[J]. Chem. Eng. Sci.,2007,62(8):2198-2208.

[4] Hao W F,Wang J Q,Fan S S,et al. Evaluation and analysis method for natural gas hydrate storage and transportation processes[J]. Energ. Convers. Manage.,2008,49(10):2546-2553.

[5] 马昌峰. 水合物技术应用于气体混合物分离的研究[D]. 北京:中国石油大学,2001.

[6] 孙长宇. 水合法分离气体混合物相关基础研究[D]. 北京:中国石油大学,2001.

[7] 张世喜. 水合物生成动力学及水合法分离气体混合物的研究[D]. 北京:中国石油大学,2003.

[8] 张凌伟. 水合法分离裂解气的实验及模拟研究[D]. 北京:中国石油大学,2005.

[9] 王林军,邵磊,张学民,等. 气体水合物应用技术研究进展[J]. 甘肃科学学报,2012,24(1):49-54.

[10] 熊颖,王宁升,丁咚,等. 天然气水合物的应用技术[J]. 天然气与石油,2008,26(4):12-15.

[11] Kelland M A. History of the development of low dosage hydrate inhibitors[J]. Engery Fules,2006,20(3):825-847.

[12] 穆亮,李文志,陈光进,等. 一种复配型水合物防聚剂[J]. 化工进展,2012,31(s1):354-357.

[13] Webb E B,Koh C A,Liberatore M W. Rheological properties of methane hydrate slurries formed from AOT + water + oil microemulsions[J]. Langmuir,2013,29(35):10997-11004.

[14] Webb E B,Rensing P J,Koh C A,et al. High-pressure rheology of hydrate slurries formed from water-in-oil emulsions[J]. Energy Fuels,2012,26(6):3504-3509.

[15] 赵建奎,宫敬,陈光进. 天然气水合物浆液黏度的实验研究[J]. 天然气工业,2007,27(9):96-98,139.

[16] Moradpour H,Chapoy A,Tohidi B. Bimodal model of predicting the emulsion-hydrate mixture viscosity in high water cut susytems[J]. Fuel,2011,90(11):3343-3351.

[17] Aalvik J. An investigation from hydrate formation in flowing fluids[D]. Trondheim,Norway:University of Trondheim,The Norwegian Institute of Technology,Division of Refrigeration Engineering,1987.

[18] Reed R L,Kelley L R,Neumann D L,et al. Some preliminary results from a pilot-size hydrate flow loop[J]. Ann. N. Y Acad. Sci.,1994,715(1):430-446.

[19] Delahaye A,Fournaison L,Jerbi S,et al. Rheological properties of CO2hydrate slurry flow in the presence of additives[J]. Ind. Eng. Chem. Res.,2011,50(13):8344-8353.

[20] Delahaye A,Fournaison L,Marinhas S,et al. Rheological study of CO2hydrate slurry in a dynamic loop applied to secondary refrigeration[J]. Chem. Eng. Sci.,2008,63(13):3551-3559.

[21] Clain P,Delahaye A,Fournaison L,et al. Rheological properties of tetra-n-butylphosphonium bromide hydrate slurry flow[J]. Chem. Eng. J.,2012,193–194:112-122.

[22] Fidel-Dufour A,Gruy F,Herri J M. Rheology of methane hydrate slurries during their crystallization in a water in dodecane emulsion under flowing[J]. Chem. Eng. Sci.,2006,61(2):505-515.

[23] Kumano H , Hirata T , Kudoh T. Experimental study on the flow and heat transfer characteristics of a tetra-n-butyl ammonium bromide hydrate slurry (first report:Flow characteristics)[J] . Int. J. Refrig.,2011,34(8):1953-1962.

[24] Suzuki H,Itotagawa T,Indartono Y S,et al. Rheological characteristics of trimethylolethane hydrate slurry treated with drag-reducing surfactants[J]. Rheologica Acta,2006,46(2):287-295.

[25] Suzuki H,Kakanori K,Komoda Y,et al. Flow and heat transfer characteristics of ammonium alum hydrate slurries[J]. Int. J. Refrig.,2013,36(1):81-87.

[26] Kumano H,Hirata T,Kudoh T,et al. Experimental study on the flow and heat transfer characteristics of a tetra-n-butyl ammonium bromide hydrate slurry (second report:heat transfer characteristics)[J]. Int. J. Refrig.,2011,34(8):1963-1971.

[27] 李文志,陈光进,孙长宇,等. 含阻聚剂水合物浆液在循环管路中的性能[J]. 石油化工,2012(3):313-318.

[28] 黄强,杨琨超,孙长宇,等. 水合物浆液流动特性研究[J]. 油气储运,2007(4):16-20.

[29] Peng B Z,Chen J,Sun C Y,et al. Flow characteristics and morphology of hydrate slurry formed from (natural gas + diesel oil/condensate oil + water) system containing anti-agglomerant[J]. Chem. Eng. Sci.,2012,84:333-344.

[30] Yan K L,Sun C Y,Chen J,et al. Flow characteristics and rheological properties of natural gas hydrate slurry in the presence of anti-agglomerant in a flow loop apparatus[J]. Chem. Eng. Sci.,2014,106:99-108.

[31] Wang F X,Sun C Y,Chen G J,et al. Study on flow characteristics of (diesel oil + methane +tetrahydrofuran + water) hydrate slurry system[C]//Proceedings of the 6th International Conference on Gas Hydrates,Ancouver,British Columbia,Canada,2008.

[32] Yan K L,Sun C Y,Song Z Y,et al. Flow characteristics and morphological evolvement of gas hydrate slurry in the presence of different hydrate inhibitors[C]//Proceedings of the 8th International Conference on Gas Hydrates,Beijing,China,2014.

[33] Wang W C,Fan S S,Liang D Q,et al. Experimental study on flow characteristics of tetrahydrofuran hydrate slurry in pipelines[J]. J. Nat. Gas Chem.,2010,19(3):318-322.

[34] Wang W C,Fan S S,Liang D Q,et al. Experimental study on flow characters of CH3CCl2F hydrate slurry[J]. Int. J. Refrig.,2008,31(3):371-378.

[35] Austvik T. Hydrate formation and behaviour in pipes,in division of thermodynamics[D]. Trondheim,Norway:University of Trondheim,The Norwegian Institute of Technology,1992.

[36] Lund A. Comments to some preliminary results from the Exxon hydrate flow loop[J]. Ann. N.Y Acad. Sci.,1994,715(1):447-449

[37] Chen J,Yan K L,Chen G J,et al. Insights into the formation mechanism of hydrate plugging in pipelines[J]. Chem. Eng. Sci.,2015. 122:284-290.

[38] 巫术胜,肖睿,黄冲,等. 四丁基溴化铵水合物浆在水平直圆管内的流动压降研究[C]//第四届全国制冷空调新技术研讨会,南京,2006.

[39] 王武昌,李玉星,樊拴狮,等. 四氢呋喃水合物浆流动特性[J].化工进展,2010,29(8):1418-1422.

[40] Sinquin A,Palermo T,Peysson Y. Rheological and flow properties of gas hydrate suspensions[J]. Oil & Gas Science and Technology:Rev. IFP,2004,59(1):41-57.

[41] Joshi S V,Grasso G A,Lafond P G,et al. Experimental flowloop investigations of gas hydrate formation in high water cut systems[J]. Chem. Eng. Sci.,2013,97:198-209.

[42] 姚海元,李清平,陈光进,等. 加入阻聚剂后水合物浆液流动压降规律研究[J]. 化学工程,2009,37(12):20-23.

[43] Darbouret M,Cournil M,Herri J M. Rheological study of TBAB hydrate slurries as secondary two-phase refrigerants[J]. Int. J. Refrig.,2005,28(5):663-671.

[44] Xiao R,Wu S S,Tang L G,et al. Experimental investigation of pressure-drop of clathrate hydrate slurry (CHS) flow of tetra butyl ammonium bromide (TBAB) in straight pipe[C]//Proceedings of 10th International Conference on Thermal Energy Storage,USA,New Jersey,2006.

[45] Ma Z W,Zhang P,Wang R Z,et al. Forced flow and convective melting heat transfer of clathrate hydrate slurry in tubes[J]. Int. J. Heat Mass Transfer,2010,53:3745-3757.

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